一次短時強降水過程形成機理分析

全思航　胡中明　王婷婷　張同　畢瀟瀟　李依鴻

摘要 根據Micaps 常規資料，地面加密觀測資料、多普勒雷達資料，詳細分析了2021年8月10日吉林省中部地區產生的一次大范圍短時強降水的成因和觸發機制，此次過程是高空低槽、低層低渦共同影響，地面中部地區多條輻合線觸發的強對流過程，具有局地性強、尺度小等特點。雷達資料表現為：強回波分散對流單體，質心較低且接地，是典型強降水回波特征;VIL值的躍增與下降有助于短時強降水的預報;同時，冷池特征的出現對超強短時強降水的預報具有一定指示意義。

關鍵詞 短時強降水;中尺度輻合線;冷池

中圖分類號：P458.1+21 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）02–0046–03

短時強降水天氣是在有利的大尺度天氣形勢下，由中小尺度系統觸發而產生的。但由于此類天氣發展迅速、歷時史短、破壞性極大、常引起洪澇等災害，因此倍受氣象學專家的關注。近年來，伴隨探測技術的進步和加密觀測資料的應用，越來越多的學者開始利用新一代多普勒天氣雷達、自動站加密觀測資料等對其進行研究，并獲得了一些有意義的結論[1-4]。本研究詳細分析了2021年8月10日吉林省中部地區產生的一次大范圍強降水過程成因及觸發機制，旨在提高吉林省局地強對流天氣的認識，為此類災害天氣的預報積累經驗，并提供預報預警參考。

1 天氣實況

2021年8月10日，吉林省出現一次明顯的短時強降水過程，此次過程累計降水量16個加密站超過50 mm，最大日雨量達87.4 mm，出現在德惠市夏家店街道。全省共66個加密站出現短時強降水，主要集中在吉林省中部地區，當日中午12：00開始出現短時強降水，持續至當日23：00，主要強降水發生時段為17：00～20：00，最強小時降水出現在德惠市夏家店街道，出現時間為17：00，小時雨強為57.4 mm。

此次過程具有影響范圍廣、持續時間長、尺度小、局地性強等特點，是一次典型的低渦背景影響下的強降水過程。針對此次過程的發生，主要探討2個問題：（1）此次過程的對流表現為只有短時強降水，而沒有冰雹、雷暴大風等其他強對流的發生;（2）在德惠的夏家店街道出現了較大的極端短時強降水。

2 環流背景及主要影響系統

本次過程主要受高層高空淺槽配合低層低渦共同影響，淺槽位于黑龍江地區，850 hPa存在低渦切變，位于吉林省南部地區，隨著時間推移低渦北抬逐漸影響吉林省中部，17：00低渦中心位于吉林省中部偏南，同時配合850 hPa相對濕度條件來看，在17：00存在一條明顯的干濕邊界線位于長春吉林交匯（圖1a），初步認為這是長春地區產生較強短時強降水的原因之一。從08：00的實況中尺度分析圖（圖1b）可以看出，此次過程動力抬升條件較好，吉林省中西部地區850 hPa與500 hPa溫度差達到24℃以上，濕度大，中東部地區850 hPa溫度露點差大于8℃以上，綜合考慮吉林省中部地區高低層動力、熱力、水汽條件配合較好，具有強對流發生的條件。

3 物理量診斷及觸發條件分析

3.1 物理量診斷

K指數是衡量大氣層結穩定度的重要參數，而Cape值的大小一般代表了對流的強弱。從長春地區08：00的訂正探空可以看出（圖2），Cape為942.7 kJ，K指數達31.3℃，抬升指數達-3.7伴有明顯上升運動，T85>25，符合我省出現強對流的指標。在本次過程中，濕層較厚，達4 800.7 m，低層有弱冷空氣侵入，中高層無明顯冷空氣，0～6 km垂直風切變較小，無喇叭口形態，逆溫條件不明顯，雷暴大風發生可能性較小;同時可以看出零度層高度較高，在6.5 km左右，冰雹發生的可能性也較小。從探空圖可以看出是典型強降水探空形態，這就解釋了為什么此次過程以短時強降水為主。

3.2 觸發條件

強對流天氣的發生是在有利的大環流背景下，由中小尺度系統觸發而產生的。由降水期間自動站的風場演變可以看出（圖3），14：00前后在吉林省吉林、白山、延邊西部地區存在分散的地面輻合線，此時在上述地區已經發生分散對流，17：00前后，輻合線在吉林省中部地區形成，該輻合線形成時間與中部一帶對流發展時間基本一致;此輻合線在20：00繼續維持，主要影響吉林省中部地區。

4 雷達特征及強降水成因分析

4.1 雷達特征分析

組合反射率因子是多普勒雷達在體掃過程中所有層次上最大回波的體現，由多普勒雷達組合反射率因子可以看出，回波從15：56逐漸西移加強影響強降水發生地區，在16：07呈現明顯小而強對流單體，回波強度達55 dBz，16：18繼續影響，隨后逐漸減弱（圖4）。從強降水發生時刻的對流單體趨勢可以看出，整個單體回波最大反射率達50～60 dBz，液態水含量呈現明顯先增后降，在16：07 VIL值達最大，為30 g/m2，隨后下降釋放，與強降水發生時刻相吻合，整個回波頂高在6 km左右，質心高度3 km，回波接地，強降水回波特征明顯（圖5）。

4.2 強降水成因分析

本次過程在德惠夏家店街道小時雨強達到57.4 mm，小時降水量較大，分析該站逐小時溫度降水發現，在強降水過程發生前，也就是當日16：00出現了一個明顯的降溫 ，隨后產生了超強小時降水量（圖4）。深究其原因發現，從逐10 min降水時序圖可以看出強降水發生時間主要是在16：20～16：30之間，同時此時地面配合明顯輻合線（圖5）。也就是說強降水開始前，地面氣壓迅速降低，地面風速迅速增大，地面氣溫陡降（圖6），出現明顯的冷池現象，這與冷池和風切變抗衡下新單體的生成模型相一致[5-6]，考慮這就是德惠市夏家店出現較大的極端短時強降水的原因。

5 結論

（1）此次過程受高層低槽配合低層低渦共同影響，地面中部地區多條輻合線觸發。物理量條件配合較好，濕層深厚，零度層高度較高，低層有弱冷空氣卷入，是一次典型的強降水過程，具有局地性強、尺度小等特點。

（2）雷達特征主要以分散對流為主，最強單體回波強度達60 dBz，回波質心較低且接地，具有典型強降水回波特征。VIL值較大，最大達30 g/m2，先增后降，與強降水時間變化吻合。

（3）分析小尺度發現德惠夏家店降水出現冷池特征，考慮這是導致此處出現超強降水原因。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛

Analysis on the Formation Mechanism of a Short-term Heavy Precipitation Process

QUAN Sihang et al（Meteorological Observatory of Jilin Province， Yanbian， Jilin 133000）

Abstract According to the conventional micaps data， ground-encrypted observation data， and Doppler radar data， the cause and trigger mechanism of a large-scale short-term heavy precipitation in the central area of Jilin province on August 10， 2021 are analyzed in detail. The process is The high-altitude low trough and the low-level low vortex jointly affect the strong convection process triggered by multiple convergence lines in the central area of the ground. It has the characteristics of strong locality and small scale. The performance of radar data showed that： strong echoes were scattered and convective， with a low center of mass and grounding， which was a typical feature of heavy precipitation echo; the jump and decrease of VIL value are helpful to the forecast of short-term heavy precipitation. At the same time， the appearance of the cold pool feature had a certain indication significance for the forecast of super short-term heavy precipitation.

Key words Short-term heavy precipit-ation; Mesoscale convergence line; Cold pool

作者簡介 全思航（1992—），女，吉林汪清人，助理工程師，碩士，主要從事短時臨近天氣預報工作。

收稿日期 2021-11-20